Абсорбционные методы в оценке состояния изоляции кабельных линий и статорных обмоток электродвигателей

1. Абсорбционные методы в оценке состояния изоляции кабельных линий и статорных обмоток электродвигателей

ОАО «Свердловэлектроремонт»
г. Екатеринбург
2010 г.

2.

Известные методы, но не применяемые в
силу…
… инерционности различной природы
… неведения
… отсутствия недорогих и удобных приборов
… неотработанности методик
… пр.
2

3. О применении ненормируемых методов – ЧР, абсорбция и пр.

О применении«ненормируемые»
ненормируемых методов
–
Разработанные
методы
ЧР, абсорбция
и пр. изоляции ВВнеразрушающей
диагностики
Известно…
оборудования:
в высоковольтной изоляции существенный вес имеет
метод
измерения и
локации (локализации)
ЧР (в т.ч.
ис
электрическое
старение,
не оказывающее
практического
использованием
диагностической
системы
OWTS);
влияния на значение
сопротивления
изоляции
метод
измерения
и анализа
возвратного
напряжения Uвозвр.
(с
темпы
электрического
старения
высоковольтной
изоляции
использованием диагностических систем ACTester, CD 31, CDS);
зависят от интенсивности частичных разрядов (ЧР).
метод измерения токов абсорбции (поляризации) Iабс. с
использованием
«не работают»диагностических
Rиз. , Iут. и пр. систем ACTester, CDS;
измерение К60/15 и К600/60, DAR(R60/30), DD(I60/U*Cиз), TPI и пр.
Поэтому здесь следует применять другие методы
диагностирования изоляции.
импульсная
в силовых
КЛ (с использованием
Возможностьрефлектометрия
применения таких методов
допускается
«Объемы и нормы…»
рефлектометров
Teleflex,
- п.п. 1.2, 1.4, 1,8, 1.14,
где: InterFlex и др.)
- вводится понятие «ненормируемая
величина»
и
импульсно-дуговой
метод в КЛ (с измеряемая
использованием
рефлектометров
общий подход
и регламентируюется
устройств стабилизации
дуги);к оценке состояния
электрооборудования по результатам измерений;
метод контроля целостности оболочки силовых кабелей и
определения мест неисправности (с использованием приборов
- предлагается
доп. испытания, в т.ч. под Uраб., решение о тех.
MFM
5-1, MVG 5использовать
и др.).
состоянии - по совокупности результатов всех испытаний, результаты
сравнивать с однотипным оборудованием и пр.
3

4. Измерительные средства для абсорбционных методов (на отключенном оборудовании)

Переносный прибор ACTester (Absorption Current
Tester) предназначен для измерения и
контроля абсорбционых параметров
изоляции различного высоковольтного
оборудования.
Прибор может быть использован для контроля и
оценки остаточного ресурса изоляции Q(t):
кабельных линий с БПИ-изоляцией и СПЭ изоляцией;
силовых трансформаторов
статоров высоковольтных двигателей и
генераторов;
4

5. Что дают абсорбционные методы?

1. Традиционные испытания изоляции повышенным выпрямленным
напряжением сами по себе могут привести к ухудшению
состояния изоляции и появлению новых слабых мест в изоляции
кабеля. Дефекты, обусловленные старением изоляции в результате
длительного воздействия на изоляцию эксплуатационных факторов,
выявляются малоэффективно.
2. Для своевременной диагностики и повышения эксплуатационной
надежности изоляции наиболее предпочтительно - щадящие и
неразрушающие методы испытания и диагностики КЛ + под Uраб.!
3. Такие методы позволяют получать а) информацию о состоянии
изоляции, б)м.б. использованы для прогнозирования остаточного
срока службы длительно эксплуатирующегося оборудования.
4. => доступна корректировка плана профилактических испытаний
оборудования в условиях эксплуатации, выработка стратегии
замены обрудования с опасными дефектами или выработанным
ресурсом изоляции.
5. Такими методами является измерение и анализ возвратного
напряжения и токов абсорбции (поляризации) в изоляции +
производные этих методов - K60/15, K600/60, DD, DAR, TPI…
5

6. ВИДЫ ПОЛЯРИЗАЦИИ

№
п\п
2
4
Электронная
Смещение
электронных
оболочек
Ионная
Дипольная
Межслоевая
(миграционная)
Смещение ионов
Тип
Пост. времени
Т, с
Упругая
10-14…
10-15
Упругая
10-13…
10-14
Поворот диполей
Релаксационная
10-6…
Накопление
заряда на
границах
раздела
неоднородностей
Релаксацион
-ная
Секунды,
минуты,
часы
10-10
При пром. частоте
3
Механизм
При высоких
частотах
1
Временные характеристики
Вид
поляризации
Материал
Любой
материал
Ионные
кристаллы
Полярные газы
и
жидкости,
полимеры
Неоднородные
(слоистые)
диэлектрики
6

7. СХЕМА ЗАМЕЩЕНИЯ ДИЭЛЕКТРИКА

Rи – сопротивление изоляции, обусловленное сквозными
путями тока утечкипри образовании в изоляции сквозного
мостика из частиц повышенной проводимости;
С – геометрическая емкость кабеля f(размер, );
Ck = С0 - С – абсорбционные емкости и
соответствующее им сопротивления Rk, где k=1,2,3…
С0= С + (С0 - С ) – суммарная емкость схемы
7

8. ПОЛЯРИЗАЦИЯ И ЭЛЕКТРОПРОВОДНОСТЬ

Е
-
+
Схема возникновения
межслоевой поляризации
Изменение во времени тока через
изоляцию и ее сопротивления при включении
на постоянное напряжение.
Поляризация – смещение электрических зарядов в диэлектрике под
действием приложенного электрического поля. Может осуществляться
благодаря сдвигу ионов относительно друг друга, деформации
электронных оболочек отдельных атомов, молекул, ионов либо
ориентации электрических диполей, существовавших в диэлектрике и
8
в отсутствие электрического поля.

9. ПОЛЯРИЗАЦИЯ И ДЕПОЛЯРИЗАЦИЯ

I,U
U0
Ip(t)
t
Id(t)
tc
t0
td
Кривые токов поляризации/деполяризации протекающих в диэлектрике при его
тестировании:
tc – время зарядки исследуемой изоляции (15-30 мин); tо – время неконтролируемой
разрядки изоляции (2-5 сек); td – время контролируемой разрядки изоляции (15-30 мин);
Ip , Id - токи заряда и разряда изоляции.
9

10. Схема измерения Uвозвр. (цикл I-й): 1 – заряд 2 – разряд Сг 3 – измерение Uвозвр

ВОЗВРАТНОЕ НАПРЯЖЕНИЕ
Фаза А
Напряжение заряда, В
3000
2500
2000
1 кВ
1500
2 кВ
1000
500
0
0
200
400
600
800
1000
1200
Время, сек
Схема измерения Uвозвр. (цикл I-й):
1 – заряд
2 – разряд Сг
3 – измерение Uвозвр
10

11. Измерительные средства

В приборе ACTester технически и
программно реализованы ТРИ
различных, но
взаимодополняющих друг друга
метода диагностики состояния
изоляции, основанных на
контроле токов абсорбции:
Контроль возвратного
напряжения изоляции после
отключения источника
постоянного тока (метод
вольтметра);
Контроль тока абсорбции
(поляризации) в изоляции после
отключения источника
постоянного тока (метод
микроамперметра);
Определение коэффициентов
абсорбции KАБ=R60/R15 и
поляризации KПОЛ=R600/R60 при
заряде изоляции постоянным
током;
Графики восстановленного напряжения
(при напряжении заряда 1 и 2 кВ)
Ток релаксации * время, нА*мин
Фаза А
5000
4000
3000
2000
1 кВ
1000
0
-1000
0
100
200
300
400
500
600
700
Время, сек
График кривой I*t=f(t)
разрядного тока
800
900
11

12. И что же дальше, если в итоге должен быть предсказан ресурс изоляции?!

Современные подходы к
оценке состояния изоляции
высоковольтного оборудования
12

13. Классические методы измерений электрических параметров изоляции:

Cиз
Rиз
Iут
tg
13

14. Новые электрические методы диагностики изоляции:

В основе методов – исследование
… токов
и анализ стуктуры
закономерностей спада
спектров
поляризации/деполяризации
(?)… разрядных
индекс поляризации
PI=R600/R60
токов t*I(t).
???
коэфф. диэлектр. абсорбции
DAR=R60/R30
Фаза А
Ток релаксации * время, нА*мин
DD=I60/U*Cиз
коэфф. диэлектр. разряда
5000
4000
3000
=Rиз*Сиз
постоянная времени
2000
1 кВ
1000
0
TPI
-1000
0
100
200
300
обобщенный индекс
поляризации
400
500
600
700
800
900
Время, сек
14

15. Новые электрические методы диагностики изоляции:

Много параметров – хорошо, но…
плохо интерпретировать для прогноза
ресурса изоляции!
15

16. Новые электрические методы диагностики изоляции:

точечные
значения
функции
спада Iпол
временной
спектр тока
абсорбции
0-600 сек.
функции
TPI=t*I(t)
16

17. Новые электрические методы диагностики изоляции:

где ai – веса ед.
показателей qi
= Xi/Xb
17

18. Новые электрические методы диагностики изоляции на примере ВВ ЭД ПЭН-1,5.8 СвТЭЦ:

I*t=f(t)
450
400
350
300
250
200
Ряд4
150
Ряд7
Ряд6
100
50
0
-50 0
200
400
600
800
t,сек
800
Фаза А ПЭН-1 (81)
700
Фаза А ПЭН-5 (85)
600
Фаза А ПЭН-8 (85)
500
400
300
200
100
0
-100
0
100
200
300
400
500
600
700
Отдельн.
парамет
р
ПЭН-1
ПЭН5
ПЭН-8
R600 Гом
13,2
38,6
32,3
С(*) нФ
3,62*k
3*k
1,64*k
DAR
1,59
1,939
1,78
PI
7,87
15,52
8,328
TPI
426
719,2
3
407,8
DD
0,9
0,55
0,596
tau
475
1158
530
Tmax (сек)
130
106
18
115

19. Новые электрические методы диагностики изоляции на примере ВВ ЭД ПЭН-1,5.8 СвТЭЦ:

19

20. Возвратное напряжение – типичные кривые

Возвратное напряжение, В
ЭД 2АЗМ1-315/6000
500
450
400
350
300
250
200
150
100
50
0
1 кВ
2 кВ
0
(Фаза А) , возвратное
напряжение.
400 АСБ-3х120
600
800
200
Время, сек
350
300
250
200
1кВ
В 150
2кВ
100
50
0
-50
0
200
400
600
800
1000
сек
1200
1400
1600
1800
20

21. Возвратное напряжение – разложение кривых

U
U0
U2
T2= 0* 2* 2
Uвозвр
0
t
U1
-U0
T1= 0* 1* 1
Изменение во времени «возвратного» напряжения и напряжений на слоях
изоляции.
21

22. Возвратное напряжение – разложение кривых

Кривые суммы Ur(t) можно представить в
виде суммы экспонент с постоянными
параметрами Ai и i (i=1…n), где t –
время.
t
U r t Ai exp ,
i 1
i
n
Для описания реальных кривых во
временном диапазоне 0,1-2000с
достаточно взять n=4-5.
Следовательно, в качестве показателей старения и увлажнения кабелей с ПБИ
могут выступать параметры Ai, i, URmax, TmaxU, либо их комбинации,
например средние времена I – компонент.
В качестве инструмента используется «метод решения обратной задачи» с
использованием пакета регрессионного анализа, например FITTER.
Предложенный подход значительно расширяет возможности метода
«возвратного» напряжения по сравнению с одно- или двухпараметрическим описанием, используемым в настоящее время.
22

23. Интерпретация результатов

Поскольку утвержденных нормированных значений
абсорбционных параметров на сегодняшний момент нет,
оценку состояния изоляции корректно проводить через
сравнительный анализ измеренных и вычисленных
значений параметров по однотипному оборудованию,
используя:
- тренды параметров;
- гистограммы средних значений по группе
оборудования;
- создание базы данных по проведенным
обследованиям с учетом условий
дальнейшей эксплуатации и ремонтов
оборудования
Для окончательной постановки диагноза также
необходимы результаты стандартных испытаний и
измерений изоляции ВВ-оборудования в соответствии с РД34.45-51.300-97, измерение характеристик ЧР и пр.
23

24. ВЫВОДЫ И РЕКОМЕНДАЦИИ по абсорбционным методам

1. Методы возвратного напряжения и токов абсорбции
(поляризации/деполяризации), реализованные в
приборе ACTester и др., целесообразно применять :
- для определения остаточного ресурса изоляционных
конструкций с целью проведения ремонтных работ по
техническому состоянию.
- для планирования по годам расходов на замену КЛ.
2. Абсорбционные методы могут (и должны!)
применяться параллельно с измерением частичных
разрядов, в т.ч. и для локализации мест повреждений.
Эти два метода не могут заменить друг друга из-за
различной природы измеряемых физических величин.
24

25. Общие выводы

1.
Ни один отдельный метод технической диагностики ВВоборудования не дает полного ответа о состоянии ее
изоляции.
2.
Будущее и настоящее – в комплексных методах
диагностики.
Производители современных приборов и заложенных в
них методиках позволяют это сделать без
астрономических затрат.
3.
При ограниченных в настоящее время финансовых
средствах на ремонт или замену ВВ-оборудования,
разумной альтернативой представляется стратегия
«НАБЛЮДАТЬ» с помощью средств технической
диагностики.
…хотя бы во избежание аварийного выхода
оборудования из строя.
25

26.

Благодарю за внимание!
Доклад подготовил
Овчинников Юрий Иванович
Ведущий инженер цеха исследований, диагностики и наладки (ЦИДН)
Тел. (343) 286-17-17, E-mail: [email protected]
при методическом руководстве
Осотова Вадима Никифоровича
главного специалиста БДУ ЦИДН, к.т.н.
Тел. (343) 286-17-26 , E-mail: [email protected]
и предоставленных материалах
проф., д.т.н. каф. ТОЭ Смоленского ф-ла МЭИ
В.А. Чернышева
СВЕРДЛОВ
ЛЕКТРОРЕМОНТ
26